JPS62502817A - 光ホモダイン検波方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光ホモダイン検波方法および装置 〔技術分野および背景技術〕 本発明は被変調光信号のホモダイン検波に関する。ホモダイン検波では、ホトダ イオード等の検波装置に被変調波を供給する前に、データにより変調された光波 の搬送波成分を増幅する。レーザ等の独立の局部発振器を使用して増幅パワーを 供給する場合には、この局部発振器の発振位相を到来した光搬送波にロックする 必要がある。

このため、局部信号の周波数は搬送波信号の周波数と同じでなければならない。

電気的な位相ロックループと同様にして二つのレーザの光位相をロックすること が可能であるが、これは困難である。

〔発明の開示〕

本発明の第一の発明は光ホモダイン検波装置であり、光放射源と、この光放射源 からの放射を先導波路にひとつの方向で注入する手段とを備え、上記光導波路は 、使用時には搬送波成分および情報成分を含む被変調光波を上記ひとつの方向と 反対方向に伝送し、上記光放射源からの放射を散乱させて上記被変調光波の搬送 波成分を増幅する構成であり、さらにこの装置は、増幅された搬送波成分を含む 光波が供給される復調手段を備える。

本発明の第二の発明は光ホモダイン検波方法であり、光放射をひとつの方向で光 導波路に注入し、この光導波路に〜搬送波成分および情報成分を含む被変調光波 を上記ひとつの方向とは反対方向に伝送させ、この先導波路内で、注入された放 射を散乱させて上記被変調光波の搬送波成分を増幅し、増幅された搬送波成分を 含む光波を復調する。

注入される放射の特性および導波路の構成は、誘導プリルアン散乱を発生するも のであることが望ましい。ラマン散乱等の他の共鳴現象も利用できるが、その場 合にはより大きな励起（ポンプ）パワーが必要である。

誘導プリルアン散乱（ＳＢＳ）は、現在まで、導波路を通る光の伝搬を制限する と考えられていた。この現象は、誘電体導波路に沿って光波長を伝送する場合に 特に顕著であり、狭スペクトル幅のレーザ光をあるしきい値以上のパワー・レベ ルで注入すると、低損失光ファイバでこの現象が発生する。

ＳＢＳの原理について、光放射に関連付けて説明する。ＳＢＳは、基本的に、注 入光波（励起光、ポンプ光）、発生した音響波および散乱光波（ストークス波） の三つの波の干渉として説明される。励起光が電歪により媒質内に圧力波を発生 し、これによる密度の変化が光感畳重を変化させる。したがって、注入光波が音 響波を励起し、この音響波が注入光波を散乱させ、この散乱によりストークス波 が生成される。

上述の三つの波はエネルギ保存則に従い、三つの周波数には、ｆＡ＝　ｆＬ−ｆ ｓ の関係がある。ここで、Ｌ、Ｓ、Ａの添字はそれぞれレーザ（励起）周波数、ス トークス周波数および音響周波数を示す。波数ベクトルの不整合が零、すなわち 、 ｋａ　””　ｋｔ　ｋｓ のときに最大パワー遷移が生じる。

これらの二つの等式から、二つの重要な結果が得られる。第一に、励起光波とス トークス波との波数ベクトルが平行かつ反対方向のとき、ストークス波の最大利 得が得られる。したがって、単一モード・ファイバでは、ＳＢＳにより、後方に 伝搬するストークス波が発生する。第二に、ストークス波の周波数は、励起光波 の周波数から、音響周波数分だけ低周波数側にシフトしている。

ホモダイン検波では、局部発振器は、その周波数、位相および偏向を到来した信 号の搬送波成分にロックしなければならない。ＳＢＳプロセスは、注入光に対し て反対方向、すなわち到来した光波と同じ方向に同じ偏向で伝搬する狭スペクト ル幅の波を発生するので、本発明を用いて周波数、位相および偏向のロックを非 常に簡単に実現できる。したがって、注入する放射の周波数が正確であれば、到 来した光波の搬送波成分を実質的に増幅する。

さらに、局部発振器を正確に同調する必要はない。典型的には、局部発振器をＩ 　ＭＨｚのオーダの精度で同調するだけでよく、ＳＢＳプロセスが正しい再同調 波を発生する。

以上説明したように、散乱波の周波数は注入された波の周波数とは異なり、その オフセットは周囲の状況に独立で、基本的に光導波路を定義する媒体に依存し、 特にその反射率、媒体中の音速および注入光の波長に依存する。音速が５９６０ 　ｍ／ｓ　、反射率が１．４４の溶融シリカを用い、注入光の波長が１．５５　 ｔｎｏのとき、周波数オフセントは１１．１　ＧＨｚである。

復調手段は直接検波光受信機を含む。

この直接検波光受信機は、オフセット制御手段を備えた局部放射源からの放射周 波数を制御することにより同調され、オフセット制御手段により放射を所望の量 、例えば１１　ＧＨｚだけオフセントする。

オフセット制御手段としては自動周波数制御回路が適する。

光放射源としては、外部共振器が設けられたダイオードレーザか、または分布帰 還（Ｄ　Ｆ　Ｂ）レーザでもよい。

放射を注入する手段は、半透鏡でもよいが、方向性光結合器を含むことが望まし く、放射源からの放射を先導波路に注入するために、この放射を第一の光路に沿 って方向性結合器に送出し、この方向性結合器により、光導波路内の放射が第一 の光路に沿って反対方向に伝搬することを防ぐ。

本発明は、基本的にはＡＳＫ信号の検波に通するが、送信機で微小バイロフト搬 送波を設けることができる場合には、ＰＳＫ信号を検波することもできる。この 微小パイロット搬送波の位相は、到来する信号の位相と一致していることが望ま しく、さもなければ、単なる信号側波帯と直交する残留パイロットＢ送波となる 。この場合には、励起レーザを同調外れにしてＳＢＳ共鳴の中心からずらすこと により、増幅信号を修正することができる。

本発明はホモダイン検波に関するが、ホモダイン検波装置は、ヘトロダイン受信 機に比較して改善の余地が少なく、それでいて受信感度およびギガビットの可能 性の双方の点で高い性能を提供できると我々は信じる。

本明細書において「光」とは、電磁スペクトルの可視領域として−ａに知られる 部分と、この可視領域の両側の、光ファイバ等の誘電光導波路で伝送可能ｆｉ　 ｎ外領域および紫外領域の部分とをいう。

典型的には、放射は０．５　ｔｎｎないし１０ｐの範囲の波長を有する。

〔図面の簡単な説明〕

図は本発明実施例光ホモダイン検波装置を含む通信網の一部のブロック図である 。

〔発明を実施するための最良の形態〕

図は信号送信機および受信機を示すが、これらは大きな通信網の一部を構成し、 必ずしも直接に接続されるものではない。送信局１は、狭スペクトル幅光信号を 発生する送信レーザ２を含み、この送信レーザ２の発生した光信号は光変調器３ に供給される。光変調器３は、データ人力４を経由して制御され、到来した信号 を振幅変調する。これにより得られた被変調光波は周波数ｆＬの搬送波成分を含 み、単一モード光ファイバ５に沿って（望ましくは図示していない交換回路を経 由して）受信局６に供給される。

受信局６は局部発振器励起レーザ７を含み、このレーザ７は、搬送波成分の周波 数ｆＬから比較的小さい周波数ｆＡだけオフセットした周波数の狭スペクトル幅 光信号を発生し、方向性結合器８に供給する。方向性結合器８はまた、光ファイ バ５に接続され、レーザ７からの光波が、送信局ｌからの光波と反対方向に光フ ァイバ５に結合される。方向性結合器８は、光ファイバ５に沿って受信局６に伝 搬する波が、方向性結合器８をレーザ７に接続する光ファイバ９に伝達しないよ うに構成される。

レーザ７から光ファイバ５に注入される光波の周波数およびパワーは、光ファイ バ５で誘導プリルアン散乱が生じるように選択される。５００　μＷないし数ｍ ―のオーダのパワーレベルが可能である。例えば、ミリワットのオーダのパワー レベルで、ＩＧｋｍ以上の長さのファイバを用い、１．５　ｐｔｒｌの波長領域 で特に大きなプリルアン利得が得られる。注入波の周波数を選択するには、散乱 された波の周波数が到来する波の搬送波成分と同じ周波数となるようにする。こ れは、本質的に、搬送波成分が増幅されることを意味する。散乱波は、その位相 、周波数および偏向が自動的に搬送波成分にロックされる。

搬送波成分が増幅された到来波は、ホトダイオード等で構成された直接検波素子 １０に供給され、元のデータに対応する電気信号が出力される。

ＳＢＳを発生するには光ファイバ５が短か過ぎる場合もある。その場合には、付 加的な光ファイバを挿入する。

実際の実験では、送信機レーザｌとして、波長１．５２μで動作するＨｅＮｅレ ーザを用いた。受信機では、バーレイＫ（１！　：’ｌ”ｊ！色レーザ（Ｂｕｒ ｌｅｉｇｈ　ＫＣＩ：Ｔｌ　ｃｏｌｏｕｒ　１ａｓｅｒ）を用い、その出力を融 着ファイバ結合器８を経由して３０ｋｍの光ファイバ５に連結した。ディザ−制 御技術を使用して、レーザ７の周波数をレーザ１から送信された搬送波より１１ 　ＧＨｚ高くロックする。増幅した搬送波および変調側帯を含む複合信号をトラ ンスインピーダンスＰ　Ｉ　Ｎ−ＦＥＴ受信機１０で検波した。

実測で約４０　ｄＢの搬送波増幅が得られた。送信信号を１２５　ＭＨｚの正弦 波で変調し、受信機からの信号光電流を励起有りと励起無しとの場合について測 定して、ホモダイン検波の実験を行った。約５ｍＷの励起パワーを用いたところ 、検波１２５　ＭＨｚ信号が２５　ｄＢ増加した。

励起レーザの同調が外れると、有効利得が減少し、さらに重要なことに、増幅さ れた搬送波の位相シフトが発生する。３７０　ｋＨｚの周波数変化が０．１ラジ アンの位相シフトを生じると計算される。この結果、励起周波数変動が搬送波位 相雑音に変換され、装置性能力（劣化することに注意する必要がある。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸτ０τｎｅ：　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯ ＲＴ　ＯＮ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．光放射源と、 この光放射源からの放射をひとつの方向で光導波路に注入する手段と を備え、 上記光導波路は、使用時には搬送波成分および情報成分を含む被変調光波を上記 ひとつの方向と反対方向に伝送し、上記光放射源からの放射を散乱させて上記被 変調光波の搬送波成分を増幅する構成であり、 増幅された搬送波成分を含む光波が供給される復調手段を備えた光ホモダイン検 波装置。
2. ２．復調手段は直接検波光受信機を含む請求の範囲第１項に記載の光ホモダイン 検波装置。
3. ３．放射源の放射周波数を調整し、注入された放射と搬送波成分との間の周波数 差を維持し、散乱光波の周波数が搬送波成分の周波数と実質的に同じに設定する オフセット制御手段を備えた請求の範囲第１項または第２項に記載の光ホモダイ ン検波装置。
4. ４．放射源はレーザを含む請求の範囲第１項ないし第３項に記載の光ホモダイン 検波装置。
5. ５．注入する手段は、放射源からの放射を第一の光路に沿って光誘導路に導き、 この光誘導路内の放射が上記第一の光路に沿って反対方向に伝搬することを防ぐ 方向性結合器を含む請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の光ホモダ イン検波装置。
6. ６．注入された放射の特性および導波路の構成は、誘導プリルアン散乱を発生す る構成である請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の光ホモダイン検 波装置。
7. ７．実質的に添付図面を参照してこれまで説明した光ホモダイン検波装置。
8. ８．光放射をひとつの方向で光導波路に注入し、この光導波路に搬送波成分およ び情報成分を含む被変調光波を上記ひとつの方向とは反対方向に伝送させ、この 光導波路内で注入された放射を散乱させて上記被変調光波の搬送波成分を増幅し 、増幅された搬送波成分を含む光波を復調する光ホモダイン検波方法。
9. ９．注入される放射の特性および導波路の構成は、誘導プリルアン散乱を発生す る請求の範囲第８項に記載の光ホモダイン検波方法。
10. １０．実質的に添付図面を参照してこれまで説明した光ホモダイン検波方法。